KR100863048B1 - 투사형 디스플레이 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 투사형 디스플레이 장치를 개시한다. 본 발명에 의한 투사형 디스플레이 장치는 광원부, 상기 광원부에서 출사하는 광의 특정대역을 통과시키는 컬러휠, 상기 컬러휠을 통과한 빛을 집속하여 출사하는 조명 광학계, 상기 조명 광학계에서 출사된 빛을 반사시키는 반사 프리즘, 상기 반사 프리즘에서 출사된 빛을 입사하여 다수개의 미소 미러를 이용하여 선택적으로 on/off 상태로 반사시키는 DMD부, 상기 DMD부에서 on 상태로 출력되는 빛을 입사하여 스크린으로 투사하는 투사광학계 및 상기 DMD부에서 off 상태로 출력되는 빛을 입사하여 상기 광원부로 피드백시키는 광귀환부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하여 디스플레이 장치의 효율을 높이고 장치 내부의 열화를 방지할 수 있다. 또한 광귀환로로 광섬유를 이용하여 피드백되는 빛의 손실을 최소화 할 수 있다.
광귀환, 피드백, 투사형 디스플레이, DMD

Description

투사형 디스플레이 장치{PROJECTION TYPE DISPLAY APPARATUS}
도 1은 종래의 단판식 투사형 디스플레이 장치의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2은 본 발명의 일 실시예에 따른 투사형 디스플레이 장치의 개략적 구성을 나타내는 구성도이다.
도 3은 DMD부의 미소거울의 on/off 동작을 설명하는 도면이다.
도 4는 본 발명에 의한 또 다른 실시예에 따른 투사형 디스플레이 장치의 구성을 나타내는 도면이다.
< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >
21 : 광원부
22 : 컬러휠
23 : 조명 광학계
24 : DMD부
25 : 반사프리즘
26 : 투사광학계
27 : 광귀환계
271 : 집속렌즈 272 : 광귀환로
본 발명은 디지털 미러 디바이스를 이용하는 투사형 디스플레이 장치에 관한 것이다.
최근 대화면, 고화질 디스플레이 장치가 각광받고 있으며, 이를 구현하기 위한 디스플레이 장치로 프로젝션 TV와 프로젝터 등이 있다.
프로젝션 TV와 프로젝터는 공통적으로 광학 엔진이라는 장치를 포함하며, 이 광학 엔진 내에는 신초 처리된 영상정보를 표시해주는 디스플레이 소자로 CRT(Cathode Ray Tube), LCD(Liquid Crystal Display), DMD(Digital Micromirror Device) 등이 이용된다.
상기 CRT와 LCD는 아날로그 신호에 의해서 구동되는 소자이므로 신호처리 최종단에서 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환하여 디스플레이하는 반면, DMD는 디지털/아날로그 변환없이 디지털 신호를 펄스폭 변조(PWM)를 이용하여 구동하므로 디지털/아날로그 변환에서 발생할 수 있는 에러를 최대한 없앨 수 있는 장점이 있고 특히 최근에는 디스플레이소자의 소형화, 경량화 추세에 있어 디지털 미세 미러소자(이하 DMD라 함)가 널리 사용된다.
상기 DMD는 디지털 광 프로세싱(Digltal Light Processing : 이하 DLP라 함)시스템에서 사용되며, 미세한 거울의 각도를 변환시켜 광의 반사각도를 2가지 모드로 변환시키는 작용을 하는 일종의 광 스위치 디스플레이 소자이다. 광의 세기는 특정한 각도로 광을 보내주는 시간을 가지고 조절한다.
또한 상기 DMD에 빛이 입사 및 출사되는 방식에 따라 DLP시스템은 직접반사방식과 전반사 프리즘방식으로 구분된다. 상기 직접반사방식은 프리즘방식에 비해서 디스플레이 장치의 사이즈를 박형으로 구현할 수 없어서, 최근에는 프리즘 방식의 디스플레이 장치를 많이 사용하고 있는 추세이다.
도 1은 종래의 단판식 투사형 디스플레이 장치의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다. 도 1을 참고하면, 종래의 투사형 디스플레이 장치는 광원(11), 컬러휠(12), 조명광학계(13), DMD부(14), 투사광학계(16) 및 광흡수계(17) 등을 포함하여 구성된다.
투사형 디스플레이 장치는 광원(11)으로부터 출사된 빛을 집속하여 컬러휠(12)을 통과시켜 순차적으로 색을 분리한 후 조명광학계(13)를 통해 DMD부(14)로 입사시킨다. DMD부(14)에 입사된 빛은 DMD부에 있는 수개의 마이크로 미러가 제어신호에 따라 on/off 제어됨에 따라 on 또는 off 상태로 반사된다. 마이크로 미러에 반사된 빛 중에서 on 상태의 빛은 투사광학계(16)로 반사되고 투사광학계에서 스크린(17)으로 투사되며, off 상태의 빛은 광흡수계(17) 또는 빈 공간으로 반사되어 스크린에 빛이 투사되지 않도록 하여 영상이 구현된다.
종래의 투사형 디스플레이 장치의 구성에서 DMD부에서 off 상태인 마이크로 미러에 반사된 빛은 광흡수계로 흡수되거나 빈 공간으로 반사되므로, 이러한 빛은 투사형 디스플레이 장치내부에서 열에너지로 변환되어 디스플레이 장치 내부의 온도를 상승시키는 요인으로 작용할뿐만 아니라, 광효율을 떨어뜨리는 문제점이 있었 다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 투사형 디스플레이 장치의 내부 온도 상승을 억제하고 투사형 디스플레이 장치의 발광효율을 증대시키는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 의한 투사형 디스플레이 장치는 광원부, 상기 광원부에서 출사하는 광의 특정대역을 통과시키는 컬러휠, 상기 컬러휠을 통과한 빛을 집속하여 출사하는 조명 광학계, 상기 조명 광학계에서 출사된 빛을 반사시키는 반사 프리즘, 상기 반사 프리즘에서 출사된 빛을 입사하여 다수개의 미소 미러를 이용하여 선택적으로 on/off 상태로 반사시키는 DMD부, 상기 DMD부에서 on 상태로 출력되는 빛을 입사하여 스크린으로 투사하는 투사광학계 및 상기 DMD부에서 off 상태로 출력되는 빛을 입사하여 상기 광원부로 피드백시키는 광귀환부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 광귀환부는 광집속부와 광귀환로를 포함하여 구성되며, 상기 광귀환로는 적어도 하나 이상의 광섬유를 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.
또한, 상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 투사형 디스플레이 장치는 광원부, 상기 광원부에서 출사하는 광의 특정대역을 통과시키는 컬러휠, 상기 컬러휠을 통과한 빛을 집속하여 출사하는 조명 광학계, 상기 조명 광학계에서 출사된 빛을 다수개의 빛으로 분리시키는 색분리계, 상기 색분리계에서 분리된 빛을 입 사하여 다수개의 미소 미러를 이용하여 선택적으로 on/off 상태로 반사시키는 다수개의 DMD부, 상기 다수개의 DMD부에서 on 상태로 출력되는 빛을 입사하여 스크린으로 투사하는 투사광학계 및 상기 다수개의 DMD부에서 off 상태로 출력되는 빛을 입사하여 상기 광원부로 피드백시키는 광귀환부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 광귀환부는 광집속부와 광귀환로를 포함하여 구성되며, 상기 광귀환로는 적어도 하나 이상의 광섬유를 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 목적, 특징 및 이점들은 첨부한 도면을 참조한 실시예들의 상세한 설명을 통해 명백해 질 것이다.
이하, 본 발명에 의한 투사형 디스플레이 장치의 실시예를 통해 본 발명의 구성 및 동작을 상세하게 설명한다
도 2은 본 발명의 일 실시예에 따른 투사형 디스플레이 장치의 개략적 구성을 나타내는 구성도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 투사형 디스플레이 장치는 광원부(21), 컬러휠(22), 조명 광학계(23), DMD부(24), 반사프리즘(25)투사광학계(26) 및 광귀환계(27)를 구비한다.
상기 광원부(21)는 투사형 디스플레이 장치의 광원을 제공한다. 광원부의 광원에는 원광원과 광귀환부의 피드백된 광원이 있다. 원광원은 일반적으로 UHP(Ultra High Pressure) 램프가 사용될 수 있고, UHP 램프 외에 LED(light-emitting diode)나 레이저 빔도 사용될 수 있다. LED나 레이저 빔의 경우 그 자체 로 특정 파장의 빛을 출력할 수 있으므로 컬러휠이 없이도 구성될 수 있다. 상기 원광원에는 광귀환부의 피드백된 광원이 결부되는데, 귀환로로 이용되는 광섬유는 Lamp 고정용 기구 또는 별도의 기구에 광섬유용 커넥터(FC, SC, PC 등) 또는 따로 고안된 장치 등의 고정할 수 기구가 구비될 수 있다.
상기 컬러휠(22)은 상기 광원부(21)에서 출사하는 광의 특정대역을 통과시킨다. 도 2와 같은 단판식 투사형 디스플레이 장치에서는 광원에서 발광된 빛을 레드(red), 그린(green), 블루(blue) 색의 빛을 가진 파장대역으로 시간대를 달리하여 통과시킨다. 하지만 상기의 통과대역은 컬러필터의 종류에 따라 변경할 수 있으며 상술한 것과 같이 레이저 빔이나 LED 등을 이용하는 경우 컬러휠 없이도 구현할 수 있다.
상기 조명 광학계(23)는 상기 컬러휠(22)을 통과한 빛을 집속하여 출사하는 한다. 조명 공학계에서는 컬러휠을 통과한 빛의 광도를 균일하게 하여 출력한다. 일반적으로 광을 집속하는 적분기(미도시)와 출사되는 광의 양을 조절하는 조명렌즈(미도시) 등을 포함하여 구성되어 출사하는 빛을 유니폼한 형태로 만들어 출력한다.
상기 반사 프리즘(25)은 조명 광학계(24)에서 출사된 빛을 반사하여 DMD부(24)로 입사시키고 DMD부에서 반사된 빛은 통과시킨다.
상기 DMD부(24)는 상기 반사 프리즘(23)에서 출사된 빛을 입사하여 다수개의 미소 미러를 이용하여 선택적으로 on/off 상태로 반사시킨다. DMD부에는 수만개 이상의 미소거울이 존재하며, 이런 미소거울은 전자기력을 이용하여 on상태와 off상 태로 조작할 수 있다. 도 3은 DMD부의 미소거울의 on/off 동작을 설명하는 도면이다. 도 3에 도시된 것처럼 미소거울의 수직방향이 영상을 투사하고자 하는 방향이라면, on 상태의 미소거울은 시계방향 12°로 기울어져 있으며, off 상태의 미소거울은 반시계방향으로 12°로 기울어져 있다. 이러한 미소거울의 측면에서 빛이 입사하면 on 상태의 미소거울에 반사된 빛은 투사방향으로 진행하고 off 상태의 미소거울에 반사된 빛은 반대측면으로 진행한다. 즉, 조명 광학계(23)에서 DMD부(24)로 입사하는 빛은 on 상태의 빛과 off 상태의 빛으로 나누어진다. 상기 미소 미러의 기울어지는 각도는 상황에 따라 조절될 수 있다.
상기 투사 광학계(26)는 상기 DMD부(24)에서 on 상태로 출력되는 빛을 입사하여 스크린으로 투사한다. 즉, 상기 DMD부(24)에서 선택적으로 반사된 빛은 투사광학계를 통해 스크린에 투사되어 영상을 구현한다.
상기 광귀환부(27)은 상기 DMD부(24)에서 off 상태로 출력되는 빛을 입사하여 상기 광원부(21)로 피드백시킨다. 도 3에 도시된 것과 같이 off 상태의 미소 미러에 반사된 빛은 투사방향으로 진행하지 못하고 디스플레이 장치의 공간으로 반사된다. 이러한 빛은 디스플레이 장치의 열화를 가져오고 장치의 효율을 떨어뜨린다. 종래 이러한 빛을 차단하기 위하여 도 1과 같이 광흡수계 등을 두어 off된 빛을 흡수하였다. 그러나 본 발명의 디스플레이 장치에서는 도 2에 도시된 것처럼 광귀환부(27)를 구비하여 off 상태로 반사된 빛을 다시 광원부(21)로 피드백 시킨다. 이와 같이 피드백된 빛은 다시 광원으로 사용되므로 광효율을 높일 뿐만 아니라, 빛이 장치의 다른 곳으로 반사되어 내부가 열화되거나 디스플레이에 효율을 떨어뜨리 는 것을 방지할 수 있다.
상기 광귀환부(27)는 off 상태로 반사된 빛을 모으는 집속렌즈(271)와 집속렌즈에서 모여 입사되는 빛을 광원부(21)로 피드백시키는 광귀환로(272)를 포함하여 구성된다. 광귀환로에는 광섬유가 이용될 수 있다. 광섬유는 일반적으로 플라스틱이나 유리로 구성되어 있으며, 광섬유는 이를 구성하는 core와 cladding의 굴절율의 차이에 의해 빛을 전반사시키는 성질을 가진다. 또한 임계치 내에서는 자유롭게 구부릴 수도 있고 구부려도 전반사의 성질을 그대로 유지하므로 집속렌즈(271)와 광원부(21) 위치나 형태에 제한없이 사용될 수 있다. 광귀환로에 상용되는 광섬유는 플라스틱 또는 유리재질로 직경이 수 mm이상인 단일 광섬유가 사용될 수도 있으며, 수개의 광섬유로 이루어진 광섬유 다발이 이용될 수도 있다. 이러한 광섬유를 광귀환로로 이용하면 손실없이 광을 피드백시킬 수 있다.
상기 광귀환로(272)로 이용되는 광섬유는 Lamp 고정용 기구 또는 별도의 기구에 광섬유용 커넥터(FC, SC, PC 등) 또는 따로 고안된 장치를 이용하여 광원부(21)에 연결된다.
도 4는 본 발명에 의한 또 다른 실시예에 따른 투사형 디스플레이 장치의 구성을 나타내는 도면이다.
도 4에 따른 투사형 디스플레이 장치는 광원부(41), 컬러휠(42), 조명 광학계(43), 색분리계(44), 다수개의 DMD부(451, 452), 투사 광학계(46) 및 광귀환부(47)를 구비한다. 본 실시예는 2판식 구조를 갖는 투사형 디스플레이 장치이다.
상기 광원부(41)는 투사형 디스플레이 장치의 광원을 제공한다. 광원부(41) 의 광원에는 원광원과 광귀환부의 피드백된 광원이 있다. 도 4의 실시예에서 광원부는 도 2의 실시예에서 설명한 것과 같다.
상기 컬러휠(42)은 상기 광원부(41)에서 출사하는 광의 특정대역을 통과시킨다. 도 4와 같이 2판식에서 컬러휠은 옐로우(yellow)와 마젠타(magenta) 색의 빛을 가진 파장대역을 시간대를 달리하여 통과시킨다. 상기의 통과대역은 컬러필터의 종류에 따라 변경할 수 있으며 레이저 빔이나 LED 등을 이용하는 경우 컬러휠 없이도 구현할 수 있다.
상기 조명 광학계(43)는 도 2에서 설명한 것과 같다. 도 4와 같은 2판식 투사형 디스플레이 장치는 색분리계(44)를 가진다. 색분리계는 수개의 프리즘으로 구성된다. 도 4를 참조하면 조명 광학계를 통과한 빛은 제1 프리즘(441)으로 입사하고 입사한 빛은 레드(red), 그린(green), 블루(blue)의 빛으로 분리되어 제2 프리즘(442)으로 입사하며, 제2 프리즘(442)에서는 레드(red) 빛을 제외한 빛은 통과시키고, 레드 빛은 전반사를 통해 제1 DMD부(451)로 입사시킨다. 레드 이외의 빛은 제2 프리즘을 통과하여 제2 DMD부(452)로 입사한다. 제1, 제2 DMD부(451, 452)에서는 입사된 빛을 미소 미러의 on/off 상태를 이용하여 선택적으로 반사한다.
투사 광학계(46)는 상기 제1, 제2 DMD부(451, 452)에서 on 상태로 출력되는 빛을 입사하여 스크린으로 투사한다. 투사 광학계(46)에서는 다수 개의 색으로 분리되어 입사되는 광을 하나의 화소에 대응하는 미소 미러 별로 혼합하여 출력한다.
광귀환부(47)는 상기 제1, 제2 DMD부(451, 452)에서 off 상태로 출력되는 빛을 입사하여 상기 광원부(41)로 피드백시킨다. 상기 광귀환부(47)는 off 상태로 반 사된 빛을 모으는 집속렌즈(471)와 집속렌즈에서 모여 입사되는 빛을 광원부(41)로 피드백시키는 광귀환로(472)를 포함하여 구성되며, 광귀환로는 광섬유를 이용하여 구성할 수 있다. 광귀환부(47)는 도 2에서 설명한 것과 동일하므로 자세한 설명은 생략한다. 도 4의 2판식 투사형 디스플레이 장치 외에도 동일한 원리로 다판식 투사형 디스플레이 장치에도 본 발명이 적용될 수 있다.
이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다.
따라서, 본 발명의 기술적 범위는 실시예에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허청구범위에 의하여 정해져야 한다.
이상에서 본 것과 같이, 본 발명에 의하면 투사형 디스플레이 장치의 DMD부에서 off 상태로 반사되는 빛을 광원부로 피드백 시킴켜 광원으로 다시 이용함으로써 디스플레이 장치의 효율을 높이고 장치 내부의 열화를 방지할 수 있다. 또한 광귀환로로 광섬유를 이용하여 피드백되는 빛의 손실을 최소화 할 수 있다.

Claims (9)

  1. 광원부;
    상기 광원부에서 출사하는 광의 특정대역을 통과시키는 컬러휠;
    상기 컬러휠을 통과한 빛을 집속하여 출사하는 조명 광학계;
    상기 조명 광학계에서 출사된 빛을 반사시키는 반사 프리즘;
    상기 반사 프리즘에서 출사된 빛을 입사하여 다수개의 미소 미러를 이용하여 선택적으로 on/off 상태로 반사시키는 DMD부;
    상기 DMD부에서 on 상태로 출력되는 빛을 입사하여 스크린으로 투사하는 투사광학계; 및
    상기 DMD부에서 off 상태로 출력되는 빛을 입사하여 상기 광원부로 피드백시키는 광귀환부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 투사형 디스플레이 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 광귀환부는 광집속부와 광귀환로를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 투사형 디스플레이 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 광귀환로는 적어도 하나 이상의 광섬유를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 투사형 디스플레이 장치.
  4. 광원부;
    상기 광원부에서 출사하는 광의 특정대역을 통과시키는 컬러휠;
    상기 컬러휠을 통과한 빛을 집속하여 출사하는 조명 광학계;
    상기 조명 광학계에서 출사된 빛을 다수개의 빛으로 분리시키는 색분리계;
    상기 색분리계에서 분리된 빛을 입사하여 다수개의 미소 미러를 이용하여 선택적으로 on/off 상태로 반사시키는 다수개의 DMD부;
    상기 다수개의 DMD부에서 on 상태로 출력되는 빛을 입사하여 스크린으로 투사하는 투사광학계; 및
    상기 다수개의 DMD부에서 off 상태로 출력되는 빛을 입사하여 상기 광원부로 피드백시키는 광귀환부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 투사형 디스플레이 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 광귀환부는 광집속부와 광귀환로를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 투사형 디스플레이 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 광귀환로는 적어도 하나 이상의 광섬유를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 투사형 디스플레이 장치.
  7. 광원부;
    상기 광원부의 광을 집속하여 출사하는 조명 광학계;
    상기 조명 광학계에서 출사된 빛을 입사하여 다수개의 미소 미러를 이용하여 선택적으로 on/off 상태로 반사시키는 DMD부;
    상기 DMD부에서 on 상태로 출력되는 빛을 입사하여 스크린으로 투사하는 투사광학계; 및
    상기 DMD부에서 off 상태로 출력되는 빛을 입사하여 상기 광원부로 피드백시키는 광귀환부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 투사형 디스플레이 장치.
  8. 제7항에 있어서
    상기 광귀환부는 상기 DMD부에서 off 상태로 출력되는 빛을 집속하는 광집속부와
    상기 광집속부에서 집속된 빛을 광원부로 피드백시키는 광귀환로를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 투사형 디스플레이 장치.
  9. 제8항에 있어서
    상기 광귀환로는 적어도 하나 이상의 광섬유를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 투사형 디스플레이 장치.
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